一種環(huán)保型熔融碳酸鹽燃料電池隔膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熔融碳酸鹽燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種環(huán)保型熔融碳酸鹽燃料電池隔膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池是一種不經(jīng)過燃燒而以電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料的化學(xué)能直接變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置，其最大特點是反應(yīng)過程不涉及燃燒，因此能量轉(zhuǎn)化效率不受“卡諾循環(huán)”的限制，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電效率高達80%?90%。熔融碳酸鹽燃料電池是一種高溫燃料電池，相對于低溫燃料電池其具有燃料來源廣泛，不使用貴金屬，可以實現(xiàn)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等技術(shù)優(yōu)點，是是公認的繼火電、水電和核電之后的第四種發(fā)電方式，是未來潔凈能源發(fā)電的首選。
[0003]隔膜是熔融碳酸鹽燃料電池的核心部件之一，目前制備隔膜時需要采用大量的有機溶劑，不僅提高了隔膜的制備成本，而且制備過程也不環(huán)保，甚至對人們的身體有害。中國專利(97111018.2)采用正丁醇和乙醇作為隔膜溶劑，成功制備了熔融碳酸鹽燃料電池隔膜，但是正丁醇和乙醇均為有機溶劑，其使用量高達70%，不僅提高了隔膜的制備成本，而且整個制備過程對人體也非常有害；中國專利(200310105254.1)也公開了一種以蒸餾水為溶劑隔膜的制備方法，但是所制備的隔膜容易發(fā)生蜷曲，不宜在實際應(yīng)用中使用，也不適合機械化連續(xù)生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)保型熔融碳酸鹽燃料電池隔膜的制備方法，可以避免使用大量有機溶劑，大大降低了隔膜的制備制備成本，而且所制備的隔膜具有更高的機械強度，更加有利于熔融碳酸鹽燃料電池堆的組裝。隔膜的孔徑范圍為0.1?0.4 μ m，隔膜整體孔隙率為50?70%。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種環(huán)保型熔融碳酸鹽燃料電池隔膜的制備方法，包括如下步驟:
[0007]步驟1:將隔膜粉料偏鋁酸鋰1^八102與水溶性分散劑在溶劑蒸餾水中充分球磨混合后形成均一漿料；
[0008]步驟2:向所述均一漿料中加入水溶性粘結(jié)劑、水溶性增塑劑和少量水溶性消泡劑繼續(xù)球磨，直至形成隔膜漿料；
[0009]步驟3:將所述隔膜漿料自然鋪展于水平玻璃板上，控制環(huán)境溫度和濕度，直至其干燥成膜；
[0010]步驟4:待膜干燥后裁剪成所需形狀，3?6片熱壓成膜，便可制得熔融碳酸鹽燃料電池隔膜；
[0011]所述隔膜粉料偏鋁酸鋰LiAlO2在隔膜漿料中占有比例為15?40%，所述水溶性分散劑在隔膜漿料中所占的質(zhì)量比例為0.5?I %，所述水溶性粘結(jié)劑在隔膜漿料中所占的質(zhì)量比例為3?5%，所述水溶性增塑劑在隔膜漿料中所占的質(zhì)量比例為I?3%，所述水溶性消泡劑在隔膜漿料中所占的質(zhì)量比例為0.1?2%，所述蒸餾水在隔膜漿料中所占的質(zhì)量比例為50?75%。
[0012]所述隔膜粉料偏鋁酸鋰LiAlO2S α型LiAlO 2粉末，其粒度范圍為0.1?10 μ m。
[0013]所述水溶性分散劑是指能夠起到分散作用的水溶性有機物。
[0014]所述能夠起到分散作用的水溶性有機物為檸檬酸。
[0015]所述水溶性粘結(jié)劑是指能夠在蒸餾水中溶解并能夠穩(wěn)定存在且具有粘結(jié)性的物質(zhì)。
[0016]所述能夠在蒸餾水中溶解并能夠穩(wěn)定存在且具有粘結(jié)性的物質(zhì)為羧甲基纖維素鈉 CMC0
[0017]所述水溶性增塑劑是指能夠溶解于蒸餾水中并且能夠起到增塑作用的物質(zhì)。
[0018]所述能夠溶解于蒸餾水中并且能夠起到增塑作用的物質(zhì)為甘油。
[0019]所述的控制環(huán)境溫度和濕度，環(huán)境溫度控制在15?30°C，濕度控制在30?70%。
[0020]所述熱壓的條件為:壓力為2?4MPa，熱壓時間為I?8min，熱壓溫度為85?95。。。
[0021]和現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具備如下優(yōu)點:
[0022]采用本發(fā)明方法來制備熔融碳酸鹽燃料電池隔膜，隔膜的制備過程環(huán)保，不僅可以避免使用大量有機溶劑，大大降低了隔膜的制備制備成本，而且所制備的隔膜具有更高的機械強度，更加有利于熔融碳酸鹽燃料電池堆的組裝。隔膜的孔徑范圍為0.1?0.4 μ m，隔膜整體孔隙率為50?70%。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明:
[0024]實施例一:采用質(zhì)量比占隔膜漿料26%，粒度范圍在0.1?1ym之間Ct-LiAlO2顆粒作為隔膜粉料，采用質(zhì)量比占隔膜漿料65%蒸餾水作為溶劑，采用質(zhì)量比占隔膜漿料I %檸檬酸作為分散劑，放入球磨罐中進行球磨混合，時間為10h，轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘，混合均勻后，再向其加入質(zhì)量比占隔膜漿料5%的羧甲基纖維素鈉作為粘結(jié)劑，質(zhì)量比占隔膜漿料2.5%的甘油作為增塑劑，質(zhì)量比占隔膜漿料0.5%的聚醚作為消泡劑，混合球磨20小時后形成均一的隔膜漿料，然后將上述均勻漿料平鋪于預(yù)先準備好的玻璃板之上，自然干燥成膜。
[0025]最后將上述隔膜素坯裁剪成所需形狀，采用5張疊放在一起，調(diào)整油壓機壓力為4MPa，溫度為90°C，壓制2分鐘后即可成膜使用。經(jīng)過壓汞測試，隔膜的總體孔隙率為59%，平均孔徑為0.35 μm，符合電池對隔膜各項性能參數(shù)要求。
[0026]實施例二:采用質(zhì)量比占隔膜漿料29%，粒度范圍在0.1?1ym之間Ct-LiAlO2顆粒作為隔膜粉料，采用質(zhì)量比占隔膜漿料63%蒸餾水作為溶劑，采用質(zhì)量比占隔膜漿料0.8%檸檬酸作為分散劑，放入球磨罐中進行球磨混合，時間為15h，轉(zhuǎn)速為240轉(zhuǎn)/分鐘，混合均勻后，再向其加入質(zhì)量比占隔膜漿料4.2%的羧甲基纖維素鈉作為粘結(jié)劑，質(zhì)量比占隔膜漿料2.8%的甘油作為增塑劑，質(zhì)量比占隔膜漿料0.2%的聚醚作為消泡劑，混合球磨25小時后形成均一的隔膜漿料，然后將上述均勻漿料平鋪于預(yù)先準備好的玻璃板之上，自然干燥成膜。
[0027]最后將上述隔膜素坯裁剪成所需形狀，采用4張疊放在一起，調(diào)整油壓機壓力為3MPa，溫度為95°C，壓制4分鐘后即可成膜使用。經(jīng)過壓汞測試，隔膜的總體孔隙率為55 %，平均孔徑為0.32 μm，符合電池對隔膜各項性能參數(shù)要求。
【主權(quán)項】
1.一種環(huán)保型熔融碳酸鹽燃料電池隔膜的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟1:將隔膜粉料偏鋁酸鋰LiA12與水溶性分散劑在溶劑蒸餾水中充分球磨混合后形成均一漿料； 步驟2:向所述均一漿料中加入水溶性粘結(jié)劑、水溶性增塑劑和少量水溶性消泡劑繼續(xù)球磨，直至形成隔膜漿料； 步驟3:將所述隔膜漿料自然鋪展于水平玻璃板上，控制環(huán)境溫度和濕度，直至其干燥成膜； 步驟4:待膜干燥后裁剪成所需形狀，3?6片熱壓成膜，便可制得熔融碳酸鹽燃料電池隔膜； 所述隔膜粉料偏鋁酸鋰LiAlO2在隔膜漿料中所占的質(zhì)量比例為15?40%，所述水溶性分散劑在隔膜漿料中所占的質(zhì)量比例為0.5?I %，所述水溶性粘結(jié)劑在隔膜漿料中所占的質(zhì)量比例為3?5%，所述水溶性增塑劑在隔膜漿料中所占的質(zhì)量比例為I?3%，所述水溶性消泡劑在隔膜漿料中所占的質(zhì)量比例為0.1?2%，所述蒸餾水在隔膜漿料中所占的質(zhì)量比例為50?75%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述隔膜粉料偏鋁酸鋰LiAlO2Sα型LiAlO2粉末，其粒度范圍為0.1?10 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述水溶性分散劑是指能夠起到分散作用的水溶性有機物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:所述能夠起到分散作用的水溶性有機物為檸檬酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述水溶性粘結(jié)劑是指能夠在蒸餾水中溶解并能夠穩(wěn)定存在且具有粘結(jié)性的物質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于:所述能夠在蒸餾水中溶解并能夠穩(wěn)定存在且具有粘結(jié)性的物質(zhì)為羧甲基纖維素鈉CMC。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的制備方法，其特征在于:所述水溶性增塑劑是指能夠溶解于蒸餾水中并且能夠起到增塑作用的物質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的的制備方法，其特征在于:所述能夠溶解于蒸餾水中并且能夠起到增塑作用的物質(zhì)為甘油。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的制備方法，其特征在于:所述的控制環(huán)境溫度和濕度，環(huán)境溫度控制在15?30 °C，濕度控制在30?70%。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱壓成膜，其特征在于:所述熱壓的條件為:壓力為2?4MPa，熱壓時間為I?8min，熱壓溫度為85?95°C。
【專利摘要】一種環(huán)保型熔融碳酸鹽燃料電池隔膜的制備方法，包括如下步驟：(1)將隔膜粉料偏鋁酸鋰LiAlO2與水溶性分散劑在溶劑蒸餾水中充分球磨混合后形成均一漿料；(2)向所述均一漿料中加入水溶性粘結(jié)劑、水溶性增塑劑和少量水溶性消泡劑繼續(xù)球磨，直至形成隔膜漿料；(3)將所述隔膜漿料自然鋪展于水平玻璃板上，控制環(huán)境溫度和濕度，直至其干燥成膜；(4)待膜干燥后裁剪成所需形狀，3～6片熱壓成膜，便可制得熔融碳酸鹽燃料電池隔膜；采用本發(fā)明方法來制備熔融碳酸鹽燃料電池隔膜，不僅可以避免使用大量有機溶劑，大大降低了隔膜的制備成本，而且所制備的隔膜具有更高的機械強度，更加有利于熔融碳酸鹽燃料電池堆的組裝。
【IPC分類】H01M2-16
【公開號】CN104638218
【申請?zhí)枴緾N201510058896
【發(fā)明人】王鵬杰, 程健, 張瑞云, 王洪建, 任永強, 許世森
【申請人】中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年2月4日